Qu’est-ce qu’un échangeur de chaleur ?

Vous voulez en savoir plus sur les échangeurs de chaleur ? À quoi ils servent et comment ils fonctionnent ? Cette page de FAQ est une bonne introduction au sujet.

Index des questions fréquemment posées;

Généralités

1. Qu’est-ce qu’un échangeur de chaleur
2. Quels sont les types d’échangeurs de chaleur disponibles ?

Conception d’un échangeur de chaleur

1. Comment un échangeur de chaleur est-il conçu ?
2. Exchangeurs de chaleur marins
3. Quels sont les fluides avec lesquels un échangeur de chaleur peut fonctionner ?
4. Qu’est-ce que le croisement des températures ?
5. Qu’est-ce qu’un « Pass » d’échangeur de chaleur et combien en ai-je besoin ?
6. Comment rendre la conception d’un échangeur de chaleur plus efficace
7. Quels échangeurs de chaleur spécifiques à l’industrie Thermex peut fournir ?

Mise en service/Installation

1. Comment installer un échangeur de chaleur
2. Comment augmenter la durée de vie d’un échangeur de chaleur
3. Qu’est-ce qui provoque la défaillance d’un échangeur de chaleur en fonctionnement ?

Terminologie des échangeurs de chaleur

Général

1. Qu’est-ce qu’un échangeur de chaleur ?

Pour faire simple, un échangeur de chaleur est un dispositif qui transfère la chaleur d’un milieu à un autre, un refroidisseur d’huile hydraulique par exemple va retirer la chaleur de l’huile chaude en utilisant de l’eau froide ou de l’air. Un échangeur de chaleur pour piscine utilise l’eau chaude d’une chaudière ou d’un circuit d’eau solaire pour chauffer l’eau de la piscine. La chaleur est transférée par conduction à travers les matériaux de l’échangeur qui séparent les milieux utilisés. Un échangeur de chaleur à calandre fait passer des fluides à travers et sur des tubes, alors qu’un échangeur de chaleur à refroidissement par air fait passer de l’air froid à travers un noyau d’ailettes pour refroidir un liquide.

2. Quels sont les types d’échangeurs de chaleur disponibles ?

Il existe de nombreux types d’échangeurs de chaleur, les trois principaux types que Thermex fournit sont ;

Conception d’un échangeur de chaleur

1. Comment un échangeur de chaleur est-il conçu ?

Pour pouvoir choisir un échangeur de chaleur, nous devons savoir ;

• Le type de fluide, la température et le débit du circuit primaire (généralement le fluide chaud)
• Ce que vous voulez retirer du circuit primaire (Dissipation de chaleur ou une température de sortie cible)
• Le type de fluide, la température et le débit du circuit secondaire (généralement le liquide de refroidissement)

Les champs ci-dessus ne sont que les bases. Lorsque vous mettez en place une demande de renseignements, vous devez également informer Thermex de toute limitation de perte de pression et de toute autre exigence particulière.

Veuillez cliquer ici pour télécharger le modèle de fiche technique de Thermex qui met en évidence les champs requis pour la sélection de l’échangeur de chaleur. La fiche technique doit également être sauvegardée et nous être envoyée si vous avez besoin d’un devis pour un échangeur de chaleur.

• Échangeurs de chaleur à enveloppe et tube – Formulaire de demande de renseignements

N’hésitez pas à nous contacter si vous avez besoin d’aide avec le formulaire.

2. Échangeurs de chaleur marins

Les principes de fonctionnement d’un échangeur de chaleur marin sont les mêmes que ceux d’un refroidisseur conçu pour une utilisation en eau douce, la principale considération pour le concepteur est cependant que l’échangeur de chaleur marin doit être résistant à l’érosion ou à la corrosion causée par l’eau de mer. Cela signifie que les matériaux qui entrent en contact avec l’eau de mer doivent être adaptés, comme le cupro-nickel 90/10, le cupro-nickel 70/30, le bronze et le titane.

Il existe d’autres facteurs qui doivent être pris en considération lors de la conception d’un échangeur de chaleur marin. L’un d’eux est la vitesse, si elle est trop faible alors il y a un risque que le sable et d’autres particules bloquent les tubes. Si elle est trop rapide d’autre part, alors ces mêmes particules peuvent rapidement éroder la plaque tubulaire et les tubes.

Une protection supplémentaire peut être fournie en installant une anode sacrificielle que Thermex peut inclure sur demande. Celle-ci sera installée dans le trou fileté normalement utilisé pour un bouchon de vidange et sera en contact direct avec le flux d’eau de mer.

3. Avec quels fluides un échangeur de chaleur peut-il fonctionner ?

L’adéquation d’un fluide avec un échangeur de chaleur dépendra du type d’échangeur de chaleur utilisé et des matériaux qui sont disponibles. Les échangeurs de chaleur standard Thermex conviennent à la plupart des fluides, y compris l’huile, l’eau, l’eau glycolée et l’eau de mer. Pour les fluides plus corrosifs tels que l’eau salée chlorée, les réfrigérants et les acides, d’autres matériaux tels que l’acier inoxydable et le titane devront être utilisés à la place.

4. Qu’est-ce que le croisement des températures ?

Le croisement des températures est un terme utilisé pour décrire le scénario où les températures des deux circuits d’un échangeur de chaleur refroidi par un liquide commencent à se croiser. Il peut s’agir d’un facteur important dans la conception d’un échangeur de chaleur, car l’efficacité d’un refroidisseur sera considérablement réduite lorsque les températures se croisent. Dans de nombreux cas, un échangeur de chaleur à plaques est la meilleure option pour les applications où le croisement des températures ne peut être évité.

Le tableau ci-dessus démontre que la température de sortie de l’eau de refroidissement est légèrement supérieure à la température de sortie de l’huile. Une façon simple de combattre cela et d’augmenter l’efficacité du refroidisseur d’huile est d’augmenter le débit du liquide de refroidissement. Dans cet exemple particulier, augmenter le débit d’eau à 25 L/min permettrait de réduire la température de sortie de l’eau à 43°C

5. Qu’est-ce qu’un  » passage  » d’échangeur de chaleur et comment savoir combien de passages il me faut ?

Un passage d’échangeur de chaleur fait référence au mouvement d’un fluide d’une extrémité de l’échangeur de chaleur à l’autre. Par exemple, lorsqu’on se réfère au circuit « à travers les tubes » (généralement le liquide de refroidissement) ; – Simple passage – Le fluide entre à une extrémité de l’échangeur de chaleur, et sort à l’autre extrémité. – Double passage – Le fluide entre et sort de l’échangeur de chaleur à la même extrémité. – Triple passage – Le fluide parcourt trois fois la longueur du corps de l’échangeur de chaleur avant d’en sortir. Les images ci-dessous permettent de le démontrer ;

Single Pass (1 pass)

Double Pass (2 pass)

Triple Pass (3 pass)

• Un plus grand nombre de passes augmente la quantité de transfert de chaleur disponible, mais peut également entraîner une perte de pression et une vitesse élevées.
• Avec un ensemble complet de données opérationnelles, Thermex peut sélectionner l’échangeur de chaleur le plus efficace possible tout en travaillant dans les limites de perte de pression et de vélocité.
• Le nombre de passes sur le circuit primaire peut également être ajusté pour optimiser la performance thermique et l’efficacité en modifiant la quantité et le pas des chicanes.

6. Comment rendre un échangeur de chaleur plus efficace.

L’efficacité d’un échangeur de chaleur peut être définie de plusieurs façons, en termes de performance thermique, il y a plusieurs facteurs clés à prendre en compte;

Différentiel de température – Comme nous l’avons vu au point 3 (croisement des températures), la différence entre le fluide chaud et le liquide de refroidissement est très importante lors de la conception d’un échangeur de chaleur. Le liquide de refroidissement doit toujours être à une température inférieure à celle du fluide chaud. Une température plus basse du liquide de refroidissement absorbera plus de chaleur du fluide chaud qu’une température plus élevée du liquide de refroidissement. Si vous aviez un verre d’eau potable à température ambiante par exemple, il est beaucoup plus efficace de le refroidir en utilisant de la glace plutôt que de l’eau fraîche, le même principe s’applique aux échangeurs de chaleur.

Débit – Un autre facteur important est les débits des fluides dans le côté primaire et secondaire de l’échangeur de chaleur. Un débit plus important augmentera la capacité de l’échangeur à transférer la chaleur, mais un débit plus important signifie également une plus grande masse, ce qui peut rendre plus difficile l’élimination de l’énergie ainsi que l’augmentation de la vitesse et de la perte de pression.

Installation – L’échangeur de chaleur doit toujours être installé en fonction des directives d’un fabricant. De manière générale, la manière la plus efficace d’installer un échangeur de chaleur est de faire circuler les fluides à contre-courant (ainsi, si le liquide de refroidissement se déplace de gauche à droite, le fluide chaud se déplace de droite à gauche) et pour les échangeurs de chaleur à calandre, le liquide de refroidissement doit entrer à la position d’entrée la plus basse (comme indiqué dans les schémas ci-dessus) afin de s’assurer que l’échangeur de chaleur est toujours rempli d’eau. Pour les échangeurs de chaleur refroidis par air, il est important de tenir compte du flux d’air lors de l’installation d’un refroidisseur. Toute partie du noyau qui est bloquée compromet la capacité de refroidissement. Pour en savoir plus sur le contre-courant et pourquoi il est plus efficace, veuillez lire notre article de blog « Pourquoi les échangeurs de chaleur à contre-courant sont plus efficaces »

7. Quels échangeurs de chaleur spécifiques à l’industrie Thermex peut-il fournir ?

Parfois, un type d’échangeur de chaleur spécifique peut être sélectionné en fonction de l’industrie pour laquelle il sera utilisé. En voici quelques exemples ;

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Mise en service et installation

1. Comment installer un échangeur de chaleur

La méthode correcte d’installation de l’échangeur de chaleur varie en fonction du type exact d’unité et de l’environnement de fonctionnement. Pour les instructions d’installation, veuillez vous référer à l’un de nos manuels d’installation et d’utilisation

• Échangeurs de chaleur à enveloppe et tube – IOM
• Échangeurs de chaleur à plaques brasées – IOM

2. Comment augmenter la durée de vie d’un échangeur de chaleur

Les échangeurs de chaleur sont fabriqués à partir de matériaux robustes, n’ont pas de pièces mobiles et fonctionnent à une variété de pressions et de températures différentes, donc si un échangeur de chaleur est utilisé de la bonne manière, il n’y a aucune raison pour qu’il ne puisse pas rester opérationnel pendant de nombreuses années. Pour aider à augmenter la durée de vie opérationnelle d’un échangeur de chaleur, il y a plusieurs étapes à suivre;

S’assurer que les données de conception sont précises – Si vous envoyez des données à nos ingénieurs pour la sélection d’un échangeur de chaleur, alors il est préférable de s’assurer qu’elles sont aussi précises que possible. Cela garantira non seulement que votre échangeur de chaleur est thermiquement efficace, mais aussi qu’il pourra fonctionner pendant une longue période. Si les débits sont trop élevés, il peut y avoir un problème d’érosion, si les pressions sont trop élevées, il peut y avoir des fuites et si les fluides contiennent des produits chimiques inhabituels (comme des acides dans l’eau de refroidissement), veuillez nous contacter pour vérifier la compatibilité. Si nos matériaux standard ne conviennent pas, nous pouvons généralement fournir une alternative qui le soit.

Commission et installation – Lors de l’installation de votre échangeur de chaleur, assurez-vous que les raccords et la tuyauterie corrects sont utilisés. En cas de doute, veuillez consulter le manuel d’installation et d’utilisation de Thermex pour plus de détails. Pour les échangeurs de chaleur destinés à des applications qui utilisent de l’eau de mer polluée, peu profonde ou saumâtre comme liquide de refroidissement et qui ont des tubes en alliage de cuivre, il est recommandé de faire fonctionner l’échangeur de chaleur dans de l’eau de mer propre pendant plusieurs semaines au préalable, ce qui crée une couche protectrice sur le matériau du tube qui aide à protéger contre la corrosion. Vous trouverez de plus amples informations à ce sujet sur le site www.copper.org. Dans la mesure du possible, des filtres doivent également être utilisés lorsque les fluides peuvent contenir des particules solides afin d’éviter l’érosion des tubes.

Maintenance et entretien réguliers – Tous les échangeurs de chaleur tubulaires Thermex sont conçus pour permettre une maintenance et un entretien faciles. Les bouchons d’extrémité peuvent être retirés, ce qui permet de retirer le faisceau de tubes interne pour le nettoyer. Des kits de joints neufs peuvent également être fournis à partir du stock et sont disponibles à l’achat sur notre Web Shop. Pour des informations et des conseils sur l’entretien de votre échangeur de chaleur, veuillez consulter le manuel d’installation et d’utilisation de Thermex.

3. Quelles sont les causes de défaillance d’un échangeur de chaleur en fonctionnement ?

Il existe de nombreuses causes possibles de défaillance d’un échangeur thermique, dont voici quelques exemples pour les coques et les tubes ;

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Abréviations et terminologie des échangeurs thermiques

Vous trouverez ci-dessous quelques abréviations et termes souvent utilisés dans l’industrie des échangeurs thermiques ;

• ETD Différentiel de température extrême
• EGC Refroidisseur de gaz d’échappement
• MGO Refroidisseur de gasoil marin
• HTHE Échangeur de chaleur de réservoir de tête
• L’échangeur de chaleur de réservoir de tête. Exchanger
• CAC Charge Air Cooler
• ACOC Air Cooled Oil Cooler
• PHE / PHEX Plate Heat Exchanger
• Shell Side Flow/Connections -. Shell Side fait référence à l’écoulement d’un fluide, tel que l’huile, sur la surface externe de l’empilement de tubes
• Débit/Connexion côté tubes – Côté tubes se réfère à l’écoulement d’un fluide à travers les tubes de l’empilement de tubes, généralement le liquide de refroidissement Perte/chute de pression Le niveau de contre-pression généré par le pompage des fluides à travers les circuits de l’échangeur de chaleur

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